? 近日，中科院海洋所的研究論文《基于著陸器的深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)的研發(fā)與應用》在國際學術期刊發(fā)表，標志著我國成功研制出國際首套多通道深海拉曼光譜探測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)熱液、冷泉等深海極端環(huán)境中流體、固體、氣體等不同相態(tài)目標物的長期原位監(jiān)測和實驗，大大加快深海探測研究進程。
拉曼光譜探測是開展深海原位探測的重要技術手段。2015年以來，海洋所突破技術難點，自主研發(fā)出國際首臺耐高溫（450℃）拉曼光譜探針并實現(xiàn)常態(tài)化應用，取得了一系列重大成果。例如，首次在南海發(fā)現(xiàn)裸露在海底的可燃冰，在深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下存在超臨界二氧化碳和氣態(tài)水，發(fā)現(xiàn)全球深海沉積物中甲烷被低估20倍……“隨著對深海熱液和冷泉系統(tǒng)研究的深入，我們也逐漸認識到已有的拉曼光譜探測是短期瞬時且相對獨立的，難以捕捉不同目標之間的動態(tài)規(guī)律和內在聯(lián)系。因此，我們開始研發(fā)多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅锌圃汉Ｑ笏芯繂T張鑫說。
中科院海洋所此前研發(fā)的拉曼光譜探測探針，主要搭載在“發(fā)現(xiàn)”號、“海星6000”等纜控機器人進行應用。而本次研發(fā)的多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)，則是將多個探針固定在深海坐底長期觀測系統(tǒng)（深海著陸器）上，如同建立了海底實驗室一樣，因此可以實現(xiàn)長期原位監(jiān)測和實驗?！斑@個系統(tǒng)最大的不同，除了可以開展更長期的海底實驗外，還實現(xiàn)了‘多通道’的監(jiān)測?！?張鑫介紹，所謂多通道，就是不同于以往只使用一個拉曼光譜探針，而是把多個拉曼光譜探針集中在一個系統(tǒng)里，可以“同時”進行多個監(jiān)測或實驗。這不僅極大提高了深海觀測與實驗效率，而且更精準研究深海變化規(guī)律。
“該系統(tǒng)有4個拉曼光譜探針，統(tǒng)一由深海著陸器提供電源供給并受其控制，通過光路切換技術，實現(xiàn)了4個探針的分時復用?！?張鑫解釋“分時復用”概念時說，通過提前設置程序，深海著陸器可以控制每一個探針的工作時間、頻次，這4個探針可以分別在不同場景開展高溫熱液噴口流體探測、低溫冷泉噴口流體探測、天然氣水合物現(xiàn)場實驗、沉積物-海水界面探測實驗，也可以全部針對某一個深海熱液區(qū)不同位置的高、中、低溫熱液噴口流體進行長期監(jiān)測，“如果各探針的監(jiān)測時間間隔很短，那么就相當于在同時進行監(jiān)測。”
“普通的拉曼光譜探針只能探測濃度很高的物質，這也是它的一個弱點。為此，我們和中科院物理所合作，成功研發(fā)出耐高壓固態(tài)納米材料，提升拉曼光譜探針靈敏度數(shù)千倍。” 張鑫補充說。
2020年，中科院海洋所開始提出多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)的理念，并在當年海試中驗證可行。2021年，完成原型機建造，并經(jīng)海試驗證可靠。今年，多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)真正開始常態(tài)化科學應用，中科院海洋所科研人員利用該系統(tǒng)在我國南海北部的臺西南冷泉區(qū)域成功建設了國際首套深海原位光譜實驗室，并常態(tài)化運行。
“就像左輪手槍一樣，以前的拉曼光譜探測系統(tǒng)只能一次發(fā)射一顆子彈，現(xiàn)在的多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)則實現(xiàn)了連發(fā)?！?張鑫展望說，有了該系統(tǒng)的加持，深海原位光譜實驗室已經(jīng)初具雛形，我國深海探測研究將邁進新階段。
